Баланс переохлаждения
Конденсат покидает-обогреваемый паром ПТФЭ теплообменник при температуре ниже температуры насыщения пара. Эта разница температур и есть степень переохлаждения. Если конденсат сбрасывается слишком горячим-при слишком незначительном переохлаждении-, он превращается в пар в возвратном трубопроводе конденсата с более низким-давлением. Выделившийся пар представляет собой потерянную энергию, которую котел должен возместить. Если конденсат слишком сильно переохлажден, конденсатная линия становится холодной, и риск гидроудара из-за карманов конденсирующегося пара снижается-, но теплообменник может работать с затопленными трубками, что уменьшает эффективную площадь поверхности.
Оптимальная степень переохлаждения уравновешивает эти конкурирующие факторы. Он обеспечивает достаточное охлаждение, чтобы свести к минимуму потери пара при испарении, сохраняя при этом достаточно высокую температуру конденсата, чтобы гарантировать, что трубы теплообменника не будут затоплены скопившимся-конденсатом.
Для теплообменников из ПТФЭ оптимальный диапазон переохлаждения немного отличается от металлических теплообменников, поскольку трубки из ПТФЭ имеют меньшую термическую массу и быстрее реагируют на изменения уровня конденсата.
Механизм мгновенного пара
Конденсат при температуре и давлении насыщения содержит ощутимое тепло при энтальпии насыщения. Когда этот конденсат проходит через конденсатоотводчик в возвратный трубопровод с более низким-давлением, избыточная энтальпия приводит к тому, что часть конденсата превращается в пар. Мигающая доля: фракция вспышки=(hf1 - hf2) / hfg2, где hf1 — энтальпия конденсата при давлении на входе, hf2 — энтальпия конденсата при давлении на выходе, а hfg2 — скрытая теплота при давлении на выходе.
Для слива конденсата из системы с давлением 3 бар (143 градуса) в возвратную линию атмосферы (100 градусов) доля вспышки составляет примерно 10%. Из одного килограмма конденсата образуется 0,1 кг пара. Этот выпарный пар перемещается по возвратной линии, часто выходя в атмосферу в ресивере конденсата. Потерянный пар должен быть восполнен дополнительной топкой котла.
Переохлаждение конденсата перед его прохождением через ловушку снижает долю вспышки. При переохлаждении на 10 градусов (разгрузка при 133 градусах вместо 143 градусов) доля вспышки падает примерно до 6%. При 20-градусном переохлаждении он падает до 2%.
Таблица 1. Взаимосвязь мгновенного пара и переохлаждения (пар 3 бар изб., возврат атмосферного конденсата)
| Температура слива конденсата (градусы) | Степень переохлаждения (градус) | Фракция мгновенного пара (%) | Потери энергии (кВт на 100 кВт режима) | Риск гидравлического удара | Риск затопления трубки |
|---|---|---|---|---|---|
| 143 (насыщенный) | 0 | 10 | 3.5 | Высокий (двухфазный поток в обратной линии) | Никто |
| 138 | 5 | 7.5 | 2.6 | Умеренный | Очень низкий |
| 133 | 10 | 5.5 | 1.9 | Низкий | Низкий |
| 128 | 15 | 3.5 | 1.2 | Очень низкий | Умеренный |
| 123 | 20 | 2.0 | 0.7 | Никто | Высокий (вероятно, трубы затоплены) |
Метод контроля переохлаждения ПТФЭ
Переохлаждение контролируется конструкцией отвода конденсата, а не регулятором температуры. Поплавковый-и-термостатический конденсатоотводчик правильного размера обеспечивает уплотнение конденсата в сливной линии, одновременно обеспечивая постоянный слив конденсата. Уплотнение предотвращает продувание острого пара через конденсатоотводчик. Непрерывная разгрузка позволяет избежать периодических пробок, вызывающих гидравлический удар.
Естественный переохлаждение, возникающий при отводе конденсата через тефлоновые трубки теплообменника и конденсатоотводчик, обеспечивает переохлаждение на 5-10 градусов без применения дополнительного оборудования. Стенка трубы из ПТФЭ со стороны конденсата контактирует с технологической жидкостью, температура которой ниже температуры пара. По мере стекания конденсата по этой стенке он охлаждается.
Если требуется дополнительное переохлаждение, его можно обеспечить коротким отрезком необогреваемого трубопровода для конденсата между теплообменником и ловушкой. Труба выполняет роль теплообменника между конденсатом и окружающим воздухом. Для систем из ПТФЭ это требуется редко, поскольку естественный переохлаждение в 5-10 градусов близко к оптимальному.
Соединение гидроудара
Гидравлический удар в линиях возврата конденсата возникает из-за обрушения паровых карманов. Когда в трубе одновременно присутствуют пар и переохлажденный конденсат, пузырьки пара быстро разрушаются по мере конденсации. Схлопывающийся пузырь создает локализованный вакуум, который втягивает окружающую жидкость внутрь. Удар жидких масс создает импульс давления молота.
Устранение испарения путем поддержания переохлаждения на уровне 10-15 позволяет устранить источник пузырьков пара. Линия возврата конденсата течет как однофазная жидкость, бесшумная и механически безопасная. Потери энергии при выбросе пара сокращаются на 50-65% по сравнению со сбросом насыщенного конденсата.
Краткое содержание
Оптимальная степень переохлаждения конденсата для фторопластовых теплообменников составляет 10-15 градусов. Это снижает потери пара при испарении до 3,5-5,5% от общего расхода пара по сравнению с 10% для насыщенного сброса при сохранении дренажа труб без затопления. Естественное переохлаждение, возникающее при сливе конденсата через тефлоновые трубки и коллектор, обеспечивает большую часть этого переохлаждения без дополнительного оборудования.
Переохлаждение на 10-15 градусов также исключает гидроудар за счет обеспечения однофазного течения жидкости в линии возврата конденсата. Экономия энергии за счет уменьшения количества выпаренного пара в сочетании с сокращением объема технического обслуживания за счет исключения гидроударов обеспечивает быструю окупаемость любых инвестиций в оптимизацию системы конденсата.
Технические рекомендации по проектированию конденсатной системы теплообменника из ПТФЭ доступны после предоставления данных о давлении пара, давлении в системе возврата конденсата, тепловой нагрузке и любых наблюдаемых гидравлических ударах или высоких температурах конденсата.
